针对水利枢纽大坝基础处理设计的相关研究

水利枢纽大坝是我国重要的水利工程项目，关系着地区的经济发展和人们的生产生活，而水利枢纽大坝周围的水文地质情况往往比较复杂，这就对于基础处理设计提出了更高的要求。根据水利枢纽大坝工程项目的基本情况，采用科学合理的基础处理设计，提高大坝基础的牢固性和稳定性，延长水利枢纽大坝的使用寿命。

一、水利枢纽大坝的基本情况

某水利枢纽大坝的坝高55m，坝轴线长123m，是一个中小型混凝土重力坝，周围水文地质条件比较复杂，坝基工程上有5条基岩浅槽和NEE向断层，河床F1断层、右岸F1断层对周围构建物的稳定性造成影响，剪切裂隙和基岩软弱夹层情况良好，存在着NW倾角和NE倾角，根据夹层形状，主要包含I类泥化夹层、II类破碎夹层。该水利枢纽大坝的坝基岩层是一种透水岩体，防渗性能较好，但是含有大量的地下水，坝基局部区域含有裂隙性承压水，相对于不透水层有小于1Lu埋深。坝基岩体的强度较高可以满足混凝土重力坝对于承载力的要求，但是很容易出现坝基渗漏、软弱夹层和岩体错位等问题。

二、水利枢纽大坝基础处理设计要点

1、合理开挖大坝基础

合适的基础开挖方式是水利枢纽大坝开挖的重要环节，当前最常见的一种开挖方式是台阶式，台阶平台的宽度和高差对于坝体的稳定性和抗滑性有着重要影响，为了确保水利枢纽大坝基础的牢固性，台阶高度差应小于3m，坡度开挖比值控制在1：0.35。同时，水利枢纽大坝施工时，由于高程坝段的位置相对比较高，应结合基岩实际情况，适当调整河床位置。该水利枢纽大坝基础部位的岩层多是半新岩石，一旦出现地质缺陷、软弱基层、断裂构造等问题，会加速岩石风化，考虑到表面岩层的稳定性和完整性较差，并且裂隙位置较深，河床两岸之间的距离为4～5m，通过坝基表面岩层发育情况、风化厚度和岩体岩性等，溢流坝段的基础开挖深度应大于30m。另外，在水利枢纽大坝基础开挖过程中，应注意处理大坝周围的地质缺陷，主要包括两方面：软弱夹层和断层，采用科学合理的方法和措施，如掏挖和利塞方式处理地质缺陷。在处理断层时，一般情况下，坝体混凝土开挖深度约2～2.5m，结合实际的岩体情况，可以适当扩大处理范围，并且在处理软弱夹层时，可以应用掏挖方式，软弱夹层深度是基础开挖深度的1.5倍，采用深挖方式来处理断层和夹层交叉区域以及夹层密集区。

2、基础回填处理

水利枢纽大坝基础开挖过程中往往需要挖掘勘探平洞和钻孔，为了保障枢纽大坝的安全性和稳定性，在勘探平洞和钻孔中应及时回填混凝土，结合该水利枢纽大坝的实际情况，可以采用以下回填设计方法。首先，对于勘探平洞和钻孔的混凝土回填，应考虑到水利枢纽大坝的应力分布和防渗情况，相关处理设计方案应符合基础排水和坝基安全要求，例如，在该水利枢纽大坝勘探平洞中设置帷幕线，在小于20m大于10m范围内，先仔细清理勘探平洞，然后使用回填混凝土进行封堵处理。对于钻孔的回填处理，应结合该水利枢纽大坝拱座的应力分布，应用有限元方法分析计算混凝土回填深度。同时，对勘探平洞和钻孔进行混凝土回填施工时，应彻底清理勘探平洞和钻孔中的废弃物和杂质，特别是将松动的岩块清理干净，然后再进行混凝土回填施工，并且充分考慮钻孔和勘探平洞情况，将灌浆管路设置在回填区域，保障回填灌浆施工的顺利进行。另外，对于钻孔和勘探平洞中的狭缝状、脉状和管状裂缝，可以采用封堵回填和灌浆回填相结合的方式，在勘探平洞、钻孔和岩溶通道中设置止水片，并且当勘探平洞和钻孔埋深较深，规模较大时，可以采用泵送回填施工方法，使孔洞中充满混凝土，从而提高水利枢纽大坝基础的稳定性和强度。

3、基岩加固处理

该水利枢纽大坝基础包含大量的灰岩，而灰岩具有容易断裂、易腐蚀、抗爆破性能弱等特点，若灰岩处理不当会直接影响大坝基础的承载力和稳定性。结合该水利枢纽大坝的实际情况，采用固结灌浆处理方法，对大坝基础进行加固处理，以不断提高大坝基岩的稳定性和抗渗性能。水利枢纽大坝基础往往会受到压应力和水平推力，在进行加固处理时，应注意合理安排固结灌浆施工部位。由于该水利枢纽大坝下游的侧应力比较大，因此应适应扩大下游区域的固结灌浆处理面积，考虑到该水利枢纽大坝基础周围的水文地质情况，适当加大加固处理深度。同时，对于大坝基础存在地质缺陷的区域，固结灌浆处理可以从20～30m范围内扩大到30～40m，并且设置15～20m的沉降缝，结合坝肩、近岸山体和水垫塘的施工情况，帷幕防渗设计河床坝基的透水率应小于1Lu。另外，采用固结灌浆处理方法时，应按照水利枢纽大坝基础施工设计要求，有效控制混凝土配合比，尽量采用硅酸盐水泥，减少混凝土的水化热，混凝土灌浆压力可以控制在0.4MPa。

4、基础排水设计

结合该水利枢纽大坝的具体情况，选择合适的基础排水设计，利用封闭式帷幕抽水方法，降低坝基周围的扬压力，并且可以有效提高大坝基础的承载力和稳定性。在分析和计算该水利枢纽大坝的渗流场分布情况后，如果采用封闭式抽排方法对大坝基础进行排水处理，可以降低泄洪坝段、水垫塘坝段的扬压力达到0.35。如果应用常规的帷幕形式，对两岸坝肩、山体和近岸地段进行排水，堤段扬压力为0.22，两岸坝肩扬压力为0.35。同时，为了保障该水利枢纽大坝基础的排水效果，可设计主排水孔、封闭性排水孔、辅助性排水孔等，如图1所示，在水垫塘和主帷幕后方区域设置主排水孔和封闭性排水孔，在封闭抽排范围内设计辅助性排水孔，排水孔间距应控制在5m，直径约90～110mm，主排水孔和封闭性排水孔采用倾斜形式，保持80度左右的倾斜角，垂直向上设置辅助性排水孔，并且主排水孔还具有降低大坝基础主帷幕压力的效果，主帷幕孔深应控制为主排水孔深的1.5倍。在确定主排水孔深度以后，结合该水利枢纽大坝基础的扬压力条件，封闭性排水孔深度可以设置为10m，辅助性排水孔深度可以设置在15m，通过开展渗透流变试验，水利枢纽大坝基础最佳的渗透比应处于2.3～4.6之间。

结束语：

水利枢纽大坝基础处理是一项专业、复杂的系统工程，应综合考虑基础强度、防渗要求等，结合大坝工程的实际情况，采用科学合理的基础处理设计方案，推动水利工程的快速发展。

参考文献：

[1]何善国.先锋水利枢纽大坝基础局部淘空成因及应急处理[J].水利规划与设计，2010，04：63-65.

[2]钟世华.对水利枢纽大坝基础处理设计的探讨[J].陕西水利，2010，04：90-91.

[3]白建军，董阳光，耿凡坤，胡智.恰甫其海水利枢纽大坝工程基础稳定性浆液灌浆中的问题及措施[J].水利水电技术，2009，03：50-54.

[4]朱显鸽，郝红科，赵旭升.蔺河口水利枢纽大坝基础帷幕灌浆试验研究[J].杨凌职业技术学院学报，2003，01：29-31.